KR20050052803A - 마찰특성과 용접성이 우수한 코팅용액 및 합금화용융아연도금강판 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질화보론 분말과 소량의 수지가 함유된 코팅 용액 및 상기 코팅 용액을 코팅하여 제조된 합금화용융아연도금강판을 제공하는 것으로, 본 발명에 의해 코팅 용액의 고형분 중량을 기준으로 크기가 1~10 마이크론인 BN 분말 성분을 80~95중량%, 그리고 결합제로서 수용성 유기수지를 고형분 중량을 기준으로 5~20중량% 함유하는 코팅 용액 및 상기 코팅 용액을 GA강판에 200~100mg/m2으로 코팅시킨 합금화용융아연도금 강판이 제공되며, 이에 따라서, BN성분이 가지는 우수한 윤활성과 용접성을 얻을 수 있고 또한 유기수지 성분이 무기물과 강판과의 밀착성을 높여 주는 역할을 함으로써 마찰특성과 용접성을 동시에 향상시킬 수 있는 합금화용융아연도금 강판용 코팅용액 및 코팅용액이 코팅된 합금화 용융아연도금강판이 제공된다.
Description
본 발명은 마찰성과 용접성이 개선되도록 하는 합금화용융아연도금 강판용 코팅 용액 및 상기 코팅용액을 강판에 코팅하여 마찰특성과 용접성을 동시에 향상된 합금화용융아연도금 강판에 관한 것이다.
합금화용융아연도금강판(이하, GA강판이라 한다)은 합금화도에 따라 차이는 있으나 통상 9~13wt%Fe인 경우 표준전극전위가 철(-0.44V)보다 비(卑)하기 때문에 강판상에 이들 도금층이 형성되어 지면 희생방식 작용으로 강판을 보호하는 성질이 뛰어나며, 또한 값이 저렴하고 제조가 용이하기 때문에 대부분이 자동차용 강판으로 사용된다.
그러나, GA강판은 도금층이 매우 거칠고 무르기 때문에 가공시 다이와의 접촉면적이 넓어 도 1의 (가)와 같이 마찰계수가 높은 단점을 가지고 있다. 따라서 도금강판을 프레스 성형할 때 높은 마찰하중으로 인하여 강판의 균열(Crack)현상이 발생하고 이는 자동차 제조 공정상 생산성 및 작업성을 하락시키는 요인으로 작용하게 된다. 또한 GA강판은 녹는점이 낮은 아연과 철 합금으로 되어 있어 용접시 용접전극의 수명을 단축시키는 문제점을 가지고 있다.
이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 GA 강판에 철이나 인이 95% 이상 함유되도록 전기도금법으로 철-아연(Fe-Zn) 혹은 인-아연(P-Zn)과 같은 합금을 3~5g/m2로 얇게 도금한 플래쉬(Flash) 강판이 사용되어 왔으나, 이는 용융 도금 후 다시 전기도금조를 거쳐 도금층이 형성되는 2단계 도금법으로, 강판 제조시 원가가 상승하여 자동차의 원가절감 측면에서는 바람직하지 않다.
국내특허공개 제 2003-52246호 및 제 2003-54351호에서는 각각 아연계 합금 도금강판의 제조방법 및 표면처리방법에 대하여 개시하고 있다. 상기 특허로부터 제조된 도금 강판은 도 1의 (나)와 같이 마찰특성은 매우 우수하나 수지가 용접전극에 달라 붙어 도 2의 (나)와 같이 용접성을 감소되는 단점을 가지고 있다.
또한, GA 강판에 인산염처리 혹은 무기물인 니켈(Ni), 망간(Mn)등을 추가로 코팅하는 기술들이 개발되었으나, 이는 앞에서 언급한 플래쉬 강판의 제조방법과 마찬가지로 전기도금조나 처리 탱크와 같은 별도의 추가 설비를 갖추어야 한다. 즉 인산염피막을 형성하기 위해서 표면조정탱크, 수세탱크, 인산염반응조, 수세탱크 등의 설비가 있어야 하고 니켈 등의 무기물을 코팅하는 경우, 전기도금설비가 있어야 하기 때문에 경제적인 측면에서 매우 불리하다.
따라서 본 발명의 목적은 질화보론 분말(이하, BN분말이라 한다) 성분과 결합제로서 수용성 유기수지를 함유하는 코팅용액을 제공하는 것이며, 또한 상기 코팅용액을 GA강판에 코팅하여 마찰특성과 용접성을 동시에 향상시킬 수 있는 GA강판을 제공하는 것이다.
본 발명은코팅 용액의 고형분 중량을 질화보론 분말성분을 80~95중량% 및 결합제로서 유기 수지성분을 5~20중량% 함유하는 코팅 용액을 제공한다.
나아가, 본 발명은 코팅 용액의 고형분 중량을 질화보론 분말성분을 80~95중량% 및 결합제로서 유기 수지성분을 5~20중량% 함유하는 코팅 용액을 부착시킨 마찰특성과 용접성이 우수한 GA강판을 제공한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명의 코팅용액에 사용되는 BN 분말은 흰색의 무기화합물로서 판상형의 결정구조를 갖으며 상반되는 성질을 갖는 것이 특징이다. 예를 들면, 부드러운 물질이면서 연마 역할을 하고, 높은 전기 저항치를 갖고 있으나 열전도도는 좋으며, 내화학성, 내산화성 및 내부식성이 매우 우수한 것으로 알려져 있다. 따라서 고성능을 요구하는 항공기의 브레이크 시스템, 내화물질 또는 윤활제로 사용되어 왔으나, 본 발명에서와 같이 강판에 코팅하여 마찰특성이나 용접성을 향상시키고자 하는 시도는 없었다.
한편 통상의 물에 BN 분말을 넣으면 비중차에 의해 분말이 잘 가라앉고 이것을 그대로 강판에 코팅하는 경우에는 강판과의 밀착력이 없기 때문에 손으로 문지르는 경우 피막이 그대로 떨어지는 문제점이 있다. 따라서 무기물인 BN 분말과 강판과의 밀착력을 높여주고 물에 침전되는 문제점을 해결하기 위하여 결합제(binder)로 유기수지를 첨가하는데, 이 때 첨가되는 유기 수지는 수용성이어야 하며, 사용되는 수지로는 아크릴(acryl)계, 우레탄(urethane)계, 및 에폭시(epoxy)계 중에서 선택되는 어떠한 것일 수 있다. 또한, 강판의 마찰특성을 더욱 향상시키기 위하여 왁스를 첨가할 수도 있는데 이러한 경우, 수지와의 총합이 코팅용액의 고형분 중 20% 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다
따라서 강판에 도포된 BN 입자는 가공시 다이와 잘 미끄러지도록 윤활작용을 하기 때문에 도 1의 (다)와 같이 강판의 마찰특성이 우수해지고, 또한, BN 입자가 고융점의 무기물이기 때문에 도 2의 (다)와 같이 GA 강판의 아연-철 합금도금층(가) 보다 용접성이 양호해 진다. 또한 BN 분말이 코팅된 강판을 알칼리용액에서 탈지하게 되면 100%의 탈지력을 갖는데, 이는 유기수지를 합성할 때 수산화나트륨으로 중화하기 때문이다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 BN입자와 유기수지를 포함하는 코팅용액 및 상기 코팅용액을 코팅하여 마찰특성 및 용접성이 우수한 합금화용융아연도금 강판을 제공하는 것이다.
본 발명의 구현에 있어서, GA강판에 코팅되는 용액의 고형분 내에 BN 분말 함량은 80~95중량%가 바람직하다. 고형분 중 BN 분말 함량이 80중량% 이하인 경우에는 마찰특성과 용접성이 열세하고, 95중량% 이상인 경우에는 강판과의 밀착력이 떨어진다.
또한, 본 발명의 구현에 있어서, GA 강판에 코팅되는 용액의 고형분중 유기수지 함량은 5~20중량%가 바람직하다. 고형분 중 유기수지 함량이 5중량% 이하인 경우에는 BN 분말과의 결합력이 약해져 강판과 피막의 밀착력이 급격하게 나빠지고, 20중량% 이상인 경우에는 강판과의 밀착력은 증가하나 반대로 용접성, 탈지성이 불량해지는 단점이 있다.
부가적으로, 상기 유기 수지에 왁스를 첨가해도 무방하며, 첨가하는 경우에는 코팅용액의 고형분 중 2% 이하이어야 탈지성을 확보할 수 있다. 그러나, 마찰특성을 크게 향상시켜야 하는 경우를 제외하고는 첨가하지 않는 것이 경제적이다
상기 GA강판의 코팅 용액에 첨가되는 BN 분말의 크기는 1~10마이크론이 바람직하다. BN분말의 크기가 1마이크론 이하인 경우에는 가격이 크게 상승하여 비경제적이고, 10 마이크론 이상인 경우에는 윤활성이 떨어지며 용액 중에 침전되는 단점이 있다.
또한, 상기 GA강판에 코팅되는 부착량은 200~1000mg/m2 이 바람직하며, 200mg/m2이하인 경우에는 마찰특성이 열세하고, 1000mg/m2 이상인 경우에는 마찰특성은 좋아지나 탈지성, 용접성이 떨어지며, 비 경제적이라는 단점이 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세하게 설명하며, 이로써 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
실시예 1
도금 부착량이 50g/m2이고 두께가 0.7mm이며 도금층의 철함량이 11wt.%인 합금화용융아연도금강판(GA)을 마찰계수 측정용은 40 X 300mm, 용접성 평가용은 20 X 100mm와 250 X 500mm로 절단하여 탈지와 산세를 거친 후 바코터(#3~5)를 가지고 아래의 조건으로 윤활피막을 코팅하고 건조하였으며 부착량은 바코터 번호와 코팅 용액중 고형분으로 조절하였다.
1)전체 고형분 : 10~20중량%
2)아크릴계 수지(DPI사로부터 이용가능) : 1~30중량%
3)BN 분말(5 마이크론)(Yee Young Cerachem사의 MBN Grade) : 70~99중량%
4)용액온도 : 상온
5) 건조온도 : 150oC
6) 건조시간 : 10초
7) 피막 부착량 : 190~1100mg/m2
상기와 같이 코팅이 이루어진 강판의 마찰계수와 용접성을 실험하였다. 마찰계수는 평면 마찰계수 측정장치를 이용하였는데 이때 사용한 윤활유는 자동차사에서 사용하는 세정유이었고 측정시 얻어지는 드로오잉 하중을 가압하중(600kgf)으로 나누어 마찰계수를 구하였다. 용접성은 시판의 스폿용접기를 이용하여 가압하중 250kgf, 용접전류 8KA, 용접시간 15사이클, 크롬-구리합금의 돔(dome) 형식(전극 팁 지름 6mm)의 전극을 사용하여 연속타점 100타 마다 100 X 20mm 크기의 인장시험용 시편 1매씩 용접을 실시하였다. 따라서 연속용접 타점수는 인장시험시 전단인장하중이 급격하게 떨어지기 시작하는 타점수를 가지고 결정하였다. 피막의 밀착력은 강판을 60O 벤딩후 투명 테이트에 묻어 나오는 피막의 양을 육안으로 관찰하였고 탈지성은 용액 pH가 14가 되도록 수산화나트륨을 용해한 50oC의 강알칼리용액에 강판을 2분간 침지한 후 수세, 건조한 다음 강판표면이 물에 묻는 정도를 5단계로 각각 평가하였다. 또한 비교재로는 무처리 상태의 GA 강판과 유기수지가 750mg/m2 코팅된 GA 강판이 각각 사용되었다.
아래 표 1은 그 평가결과를 나타낸 것이다.
[표 1]
| 구분 | 고형분중 함량(wt%) | 피막부착량(mg/m2) | 밀착력/탈지성 | 마찰계수 | 연속용접타점수 (회) | 순번 | ||
| 유기수지 | BN분말 | |||||||
| 종래예 | GA | - | - | - | - | 0.159 | 2900 | 1 |
| GA+유기수지 | - | - | 750 | - | 0.121 | 1000 | 2 | |
| 비교예 | 1 | 99 | 450 | X/◎ | 0.125 | 4100 | 3 | |
| 4 | 96 | 500 | △/O | 0.126 | 4000 | 4 | ||
| 22 | 78 | 400 | O/△ | 0.130 | 3850 | 5 | ||
| 30 | 70 | 800 | ◎/X | 0.131 | 3500 | 6 | ||
| 10 | 90 | 190 | ◎/O | 0.152 | 4200 | 7 | ||
| 15 | 85 | 1100 | ◎/□ | 0.127 | 2500 | 8 | ||
| 본발명예 | 5 | 95 | 650 | O/◎ | 0.126 | 3950 | 9 | |
| 13 | 87 | 500 | ◎/◎ | 0.127 | 3900 | 10 | ||
| 17 | 83 | 200 | ◎/◎ | 0.130 | 4200 | 11 | ||
| 20 | 80 | 1000 | ◎/O | 0.125 | 3900 | 12 | ||
| 5 | 95 | 950 | O/◎ | 0.130 | 4100 | 13 | ||
| 15 | 85 | 550 | ◎/◎ | 0.129 | 4000 | 14 | ||
| 16 | 84 | 700 | ◎/◎ | 0.128 | 3900 | 15 | ||
| 20 | 80 | 250 | ◎/O | 0.129 | 4000 | 16 | ||
| 10 | 90 | 480 | ◎/◎ | 0.127 | 3950 | 17 | ||
밀착성 및 탈지성 : 불량 ← X △ □ O ◎ → 우수
상기 표 1과 같이 종래예에서 무처리 GA강판은 마찰계수가 0.159로 높아 가공성이 매우 불리하고, GA강판에 유기수지가 750mg/m2 도포된 강판은 마찰계수는 0.121로 낮으나 연속용접 타점수명이 1000타로 매우 열세인 것을 알 수 있다. 반면 비교예로 사용한 "3~8"의 경우 중 피막의 유기수지 성분이 많은 경우는 탈지성에서 열세를 나타내고 본 발명에서 제시한 것 보다 BN 성분이 많은 경우는 강판과의 밀착성에서 열세인 것을 알 수 있다. 그리고 코팅용액의 고형분 중 유기수지와 BN 함량이 본 발명에서 제시한 범위내에 있어도 피막의 부착량이 적은 경우는 마찰특성이 나쁘고 부착량이 1000mg/m2 이상인 경우는 용접성과 탈지성에서 문제를 일으킨다. 그러나 본 발명예 "9~17"에서 볼 수 있는 바와 같이 코팅 용액의 고형분 중량을 기준으로 BN성분이 80~95중량%이고 유기수지가 5~20중량%이면서 부착량이 200~1000mg/m2인 경우는 모든 품질특성에서 우수함을 나타낸다.
본 발명에 따른 BN 분말과 유기수지를 포함하는 코팅용액을 자동차용 GA 강판 표면에 코팅함으로써 마찰특성과 용접성이 동시에 향상된다.
도 1은 종래의 GA강판(가) 및 (나)와 본 발명의 GA강판(다)의 마찰계수 비교 그래프이다.
도 2는 종래의 GA강판(가) 및 (나)와 본 발명의 GA강판(다)의 스폿 용접성 비교 그래프이다.
Claims (6)
- 코팅 용액의 고형분 중량을 기준으로 질화보론 분말성분을 80~95중량% 및 결합제로서 유기 수지성분을 5~20중량% 포함하는 코팅 용액.
- 제 1항에 있어서, 상기 질화보론의 크기는 1~10 마이크론임을 특징으로 하는 코팅용액.
- 제 1항에 있어서, 상기 유기수지는 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 코팅용액.
- 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항의 코팅 용액을 코팅시킨 마찰특성과 용접성이 우수한 합금화 용융아연도금강판.
- 제 4항에 있어서, 상기 코팅용액은 200~1000mg/m2의 양으로 합금화 용융아연도금강판에 코팅됨을 특징으로 하는 합금화 용융아연도금강판.
- 제 4항에 있어서, 상기 코팅 용액은 분사, 침지 혹은 롤코팅 중 어떠한 방법으로 적용됨을 특징으로 하는 합금화 용융아연도금강판.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020030086363A KR20050052803A (ko) | 2003-12-01 | 2003-12-01 | 마찰특성과 용접성이 우수한 코팅용액 및 합금화용융아연도금강판 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020030086363A KR20050052803A (ko) | 2003-12-01 | 2003-12-01 | 마찰특성과 용접성이 우수한 코팅용액 및 합금화용융아연도금강판 |
Publications (1)
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ID=37248637
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR20050052803A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101461725B1 (ko) * | 2012-12-07 | 2014-11-14 | 주식회사 포스코 | 열간 프레스 성형용 강판 및 이의 제조방법 |
-
2003
- 2003-12-01 KR KR1020030086363A patent/KR20050052803A/ko not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|---|
| KR101461725B1 (ko) * | 2012-12-07 | 2014-11-14 | 주식회사 포스코 | 열간 프레스 성형용 강판 및 이의 제조방법 |
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